TD-SCDMA测试仪中Iub接口CDR的合成方案

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　　摘要　CDR合成属于网络测试仪的基础功能部分。对TD-SCDMA系统的Iub接口信令进行了深入分析和研究，并以MOC的信令流程为例，提出了在Iub接口上实现消息归类，多协议关联的CDR合成方法，并具体应用到重庆邮电大学通信网与测试技术重点实验室的TD-SCDMA网络测试仪中，效果良好。该CDR合成方案同样实用于WCDMA系统。
一、引言
　　随着有中国自主知识产权的第三代移动通信标准TD-SCDMA商用网测试日趋完成，大规模的3G网络即将在全国各地组建，作为组网的重要支撑技术，测试仪的开发显得非常重要。
　　对网络故障进行快速诊断并降低网络中断时间是3G信令测试系统的主要用途之一。当3G系统发生故障时，需要使用测试设备接入关键的信令链路监测点，并进行协议测试和分析。通常来说，通用移动通信系统（universal mobile telecommunication system，UMTS）网络故障主要可分为2大类：UMTS的陆地无线接入网络（UMTS terrestrial radio access network，UTRAN）侧故障和核心网（core network，CN）侧故障。由于3GPP R4（Release 4）UTRAN的网络结构和协议同GSM系统相比有了较大变化，因此比较容易出现问题；而R4核心网和GSM系统基本相同，因此出现问题的概率相对较小。由于Iub和Iu接口是UTRAN中最重要的测试接口，一般来说需要同时对这2个接口进行数据采集和关联性分析[1-3]。
　　若要有效地诊断3G网络故障，网络工程师需要对UMTS各接口和相关协议有较全面和深入的理解，这样才能迅速找到存在的问题，并对其中的关键字段进行分析。所有这些工作，都离不开一台具备全面解码、呼叫跟踪和统计功能的3G信令测试设备的配合。
　　CDR（call data record）在PSTN中表示呼叫数据记录，现在延伸意思为一个完整的流程，CDR合成是上述功能的基础，对网络中消息按信令流程进行归类，并用索引方式把这些消息联系到一起，然后才便于完成诸如呼叫跟踪和呼损统计等高级功能[4-5]。
　　我们在本文中将以TD-SCDMA UTRAN中Iub接口间的各个协议的CDR合成，多协议关联为例，对CDR合成的方法进行描述。该方法同样实用于WCDMA系统。
二、Iub接口中的信令消息
　　图1为Iub接口中协议的关系图。Iub接口协议栈包含3个协议平面，分别是无线网络控制平面、传输网络控制平面和用户平面，分别对应3个协议的信令流程，即NBAP（Node B application part，Node B应用部分）、ALCAP（access link control application protocol，接入层链路控制应用协议）、Iub FP（frame protocol）消息[6]。FP所承载的协议包括无线资源控制（radio resource control，RRC），包数据集中协议（packet data convergence protocol，PDCP）等。这3个协议有着紧密的联系，当无线网络控制器（radio network controller，RNC）发起传输信道管理或者无线连接管理相关过程的时候，是通过NBAP协议的相关过程来实现，比如Common Transport Channel Setup，Radio Link Setup，Radio Link Addition等。但同时需要对用户平面链路进行分配或删除，在Iub接口上，用户数据（FP）通过ATM结构中的AAL2传送，此时需要建立控制机制，ALCAP定义了与用户面建立、释放传输承载的方式，因此需要ALCAP协议来完成这些操作。一般情况下，如果不涉及到用户平面时，Iub接口中就只有NBAP过程的消息。当涉及到用户平面的时候，情况要复杂得多[7]。

图1　Iub接口协议关系图

Fig.1 Relation graph of Iub interface

　　RNC在以下2种情况下将涉及到用户平面的操作：一种是对小区的公共传输信道做操作的时候；另一种是为UE提供专用信道的时候。在对传输信道做操作的过程中，用户平面只有FP同步消息，不会有RRC消息。当RNC涉及到对UE操作时候，需要先在RNC和UE之间建立一个无线连接（RRC连接），建立过程大致如下：UE先向RNC请求建立RRC连接，RNC收到请求后根据具体情况选择是否为该UE建立专用信道。如果要建立专用信道（dedicated channel，DCH），RNC将通过NBAP协议请求建立无线链路或者重配置无线链路，Node B成功应答后，RNC将通过ALCAP协议分配DCH所需的AAL2链路，成功分配后RNC通过前向接入信道（forward access channel，FACH）发送RRC建立成功消息。如果不需要为该UE建立专用信道，那么就没有上述NBAP和ALCAP过程，RNC将直接通过FACH发送RRC建立成功消息，该消息将指示UE只能通过公共传输信道传输所有的消息给RNC。图2显示了Iub接口中可能会出现的消息种类。

图2　Iub接口中所包含消息
至此，可归纳出Iub接口的流程大致有4类：

　　①纯NBAP过程；
　　②NBAP过程+ALCAP过程+FP（公共传输信道，同步消息）；
　　③NBAP过程+ALCAP过程+FP（DCH，包括同步消息和RRC消息）；
　　④RRC过程（公共信道传输，共享信道传输）。
　　其中②和③可以归为一类处理。不难看出，Iub接口的CDR合成可先按NBAP，ALCAP，FP，RRC消息合成，然后再进行多协议的关联。虽然RRC是在FP之上的，但一个RRC流程的消息可能会出现在多个FP里面，所以这里将两者进行了区分。
三、Iub接口CDR合成基本原理和实现算法
　　下面以上节中流程类型③（NBAP过程+ALCAP过程+FP）的消息合成进行详细介绍，因为这是最复杂的一类，对该类型的CDR合成方法包含了其它3种类型的CDR合成方法。具体又以移动发起呼叫（mobile oriented call，MOC）为例（见图3），对RRC建立连接，以及怎样实现NBAP，ALCAP，FP，RRC的消息合成，多协议关联等基本原理进行了描述。

图3　MOC消息流前面部分

Fig.3 Message flow.of MOC

　　如图3所示，虚线上面消息流程为RRC建立过程部分，也将是CDR合成的主要部分。首先UE通过RACH随机接入信道发送rrcConnectionRequest消息请求建立RRC连接，该消息中包含IMSI/TMSI和建立原因参数，RNC收到请求后发起无线链路建立请求intiatingMessage Id-radioLinkSetup（如果已经建立了无线链路，将发起无线链路资源重配置请求），NodeB通过successfulOutcome ID-radioLinkSetup确认请求后，RNC将为UE分配DCH专用信道，即调用ALCAP协议分配AAL2链路来承载DCH，DCH经过同步后，所有该UE的RRC消息将在该DCH上传输。成功分配后，RNC发起rrcConnectionSetup建立RRC连接，NodeB通过rrcConnectionSetupComplete确认，至此，RRC建立成功，NAS（Non-Access Stratum，非接入层）消息将通过RRC消息封装发送到RNC，再经过Iu接口发送到MSC。
　　对Iub接口的各协议关联方法说明如下（参见图3各连接箭头的指示，暂不考虑NAS消息的合成）：
　　●NBAP消息关联：同一过程的NBAP消息用消息中Transaction ID参数进行关联，涉及同一个UE的不同NB·AP过程之间的消息用Id-CRNC-CommunicationContextID参数进行关联。
　　●ALCAP消息关联：一个流程的ACLAP消息可通过OSAID和DSAID参数进行关联。
　　●RRC消息关联：同一过程的RRC消息可通过RRC Transaction ID进行关联，同一个UE的RRC消息可通过I·MSI/TMSI进行关联。在公共传输信道中的RRC消息可以根据MAC中UEID来区分是否属于同一个UE。
　　Iub接口的多协议关联如下（参见图3各连接箭头的指示）：
　　●NBAP消息和RRC消息关联：TDD模式中通过Time Slots和User Codes进行关联，FDD模式下通过Scrambling code进行关联。
　　●NBAP消息和ALCAP消息关联：通过NBAP消息中的BindingID参数值与ALCAP的ERQ消息中的SUGR参数值相等的方法进行关联。
　　●ALCAP消息和RRC（DCH中的）消息关联：通过承载RRC消息中DCH信道的VPI/VCI/CID与ALCAP的ERQ消息中的PathID（VPI/VCI经过换算等于PathID），ChannelID（CID=ChannelID）进行关联。
　　按照上述先对各个协议进行合成，然后协议之间进行合成，协议间合成按一定的时间周期进行，最后得到的结果便是所需的Iub接口CDR信息。
四、Iub接口CDR合成算法分析
　　该CDR合成算法主要是根据一些关键参数进行查找、匹配来确定是否属于同一个消息流程，因此在这个过程中，需要一些临时存储方式来保存没有匹配到的消息，在内存分配上比较复杂，涉及动态分配内存。另外，该合成算法涉及大量的查找、匹配，所以需要建立许多方便查找的索引，比较好地建立索引方法显得至关重要，但是建立这些索引也是要耗费时间的，所以根据具体情况应使用具体的索引建立方法，我们在设计过程中除了平衡二叉树以外也曾采用其它索引建立方法，比如二叉树，哈希表等。
　　协议间合成是定期执行的操作，时间周期的长短选择也将影响合成的效率。如果间隔时间太短，每关联一次完成的流程很少，同时也耗费了时间；时间太长了缺乏实时性。而我们采用的是多线程的方式单独用一个线程来完成多协议关联，效果非常好。图4为该方法应用到TD-SCDMA网络测试仪中的执行结果。

图4　结果显示

Fig.4 Result display

五、结束语
　　通过对Iub接口各消息流程的深入分析和研究，结合Iu接口，使用C++语言进行编码测试，能很好地达到CDR合成的效果，实现多协议乃至多接口间的协议关联。该程序模块已经应用到重庆邮电大学通信网与测试技术重点实验室TD-SCDMA网络测试仪中，效果良好。
　　参考文献：
　　[1]　3GPP TS 25.401 V5.9.0.UTRAN overall description [EB/OL].(2003-09-20)[2006-05-30].http：//WWW.3gpp.org/ftp/Specs/2004-09/Rel-5/25_series/25401-590.zip.
　　[2]　3GPP TS 25.430 V4.4.0.UTRAN Iub Interface：General Aspects and Principles [EB/OL].(2002-09-18)[2006-05-30].http：//WWW.3gpp.org/ftp/specs/2004-09/Rel-4/25_series/25430-490.zip.
　　[3]　李小文，李贵勇，陈贤亮，等.TD-SCDMA第三代移动通信系统、信令及实现[M].北京：人民邮电出版社，2003.
　　[4]　张毅.鲜继清.TD-SCDMA信令测试软件设计方案[J].重庆邮电学院学报(自然科学版).2003，15(1)：32-34.
　　[5]　刘伟.张治中.TD-SCDMA网络测试仪IP数据采集卡的研制[J].重庆邮电学院学报(自然科学版).2005，17(6)：853 856.
　　[6]　3GPP TR 25.931 V4.4.0.UTRAN functions，examples on signalling procedures[EB/OL].(2002-06-18)[2006-05-30].http：//WWW.arib.or.jp/IMT-2000/V310Sep02/S3g/R99/25/25931-370.pdf.
　　[7]　ITU-T Q2630.1.AAL type 2 signalling protocol-Capability Set 1[EB/OL].(1999-12-20)[2006-05-30].http：//WWW.itu.int/rec/T-REC-Q.2630.1/en.